(57)【要約】【課題】  本発明は、空気酸化と保温材の反応に起因する溶鋼汚染を確実に防止できる保温材と清浄性の優れた鋳片を得るための連続鋳造方法を提供することを課題とする。【解決手段】  溶鋼表面保温材において、ＳｉＯ2含有率を５質量％以下、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3を質量比で１．１〜２．０、ＭｇＯ含有率を１０質量％以上３０質量％未満、且つＴｉを含有したことを特徴とする溶鋼表面保温材。鋼の連続鋳造方法において上記の溶鋼表面保温材をタンディッシュ内の溶鋼表面上に添加することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼表面保温材において、ＳｉＯ2含有率を５質量％以下、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3を質量比で１．１〜２．０、ＭｇＯ含有率を１０質量％以上３０質量％未満、且つＴｉを含有したことを特徴とする溶鋼表面保温材。
【請求項２】
溶鋼表面保温材において、ＳｉＯ2含有率を５質量％以下、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3を質量比で１．１〜２．０、ＭｇＯ含有率を１０質量％以上３０質量％未満、且つＴｉとＴｉＯ2を含有したことを特徴とする溶鋼表面保温材。
【請求項３】
Ｔｉを０．１〜１０質量％含有していることを特徴とする請求項１記載の溶鋼表面保温材。
【請求項４】
Ｔｉを０．１〜１０質量％、ＴｉＯ2を２〜３０質量％含有していることを特徴とする請求項２記載の溶鋼表面保温材。
【請求項５】
鋼の連続鋳造方法において請求項１から４の何れかに記載の溶鋼表面保温材をタンディッシュ内の溶鋼表面上に添加することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【請求項６】
鋼の連続鋳造方法において請求項１から４の何れかに記載の溶鋼表面保温材をタンディッシュ内のＴｉ脱酸溶鋼表面上に添加することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造用タンディッシュや取鍋などにより溶鋼を移送、又は精錬処理を行う際に、断熱・保温あるいは空気酸化防止を目的として溶鋼表面を被覆する溶鋼表面保温材およびそれを用いた連続鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造用タンディッシュや取鍋などにより溶鋼を移送、又は精錬処理を行う際、保温材を用いて溶鋼表面を被覆し溶鋼からの熱放散と外気の溶鋼への侵入を防止している。従来から保温材として、籾殻を蒸し焼きにした焼籾が主に用いられ、その主成分はＳｉＯ2とＣである。ＳｉＯ2は熱伝導率が低く保温効果に、Ｃは酸素をＣＯガスに変えるため酸素の遮断効果に優れている。このため、焼籾は保温効果及び空気遮断効果を有し、しかも安価であることを特徴とする保温材である。しかしながら、加工性向上の目的から鋼板中のＣ濃度を極力低下させた、例えばＣ濃度が５０ｐｐｍ以下の極低炭素鋼において、保温材中のＣ成分が溶鋼中にピックアップされ、鋼材の特性を低下させる欠点が知られている。また、保温材中のＳｉＯ2成分は溶鋼中のＡｌと反応してＡｌ2Ｏ3系の介在物を生成するため、表面欠陥を増大させるといった問題も生じる。従来、焼籾のこれらの欠点を解決するため、Ｃ及びＳｉＯ2成分の少ない保温材として、例えば特許文献１に記載されているように、ＭｇＯ系の保温材が使用されている。また、ＭｇＯ自体は熱伝導率が高いため、これに断熱性を付与した発泡ＭｇＯの製造方法についても種々検討され、特許文献２等に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特公平３−４８１５２号公報
【特許文献２】特公昭４８−７４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１や特許文献２のようなＭｇＯを主成分とする保温材は融点が高く、使用温度では主に粉末或いは焼結状の固相として存在しているため、溶鋼表面の均一な被覆状態が得られず、外気と溶鋼との反応によりＡｌ2Ｏ3系介在物を生成する。これに対し、ＭｇＯの一部をＳｉＯ2、Ｎａ2Ｏ、或いはＣａＦ2等の低融点化材に置き換えて保温材を溶融させ、溶鋼表面を均一に被覆する方法が考えられるが、この場合ＳｉＯ2やＮａ2Ｏは溶鋼中のＡｌと反応してＡｌ2Ｏ3系介在物を生成し、ＣａＦ2はタンディッシュ耐火物を溶損させることにより耐火物起因の介在物を増大させる。
【０００５】
これらの問題を鑑み、本発明は空気酸化と保温材の反応に起因する溶鋼汚染を確実に防止できる保温材と、清浄性の優れた鋳片を得るための連続鋳造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下に構成を要旨とする。即ち、
（１）溶鋼表面保温材において、ＳｉＯ2含有率を５質量％以下、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3を質量比で１．１〜２．０、ＭｇＯ含有率を１０質量％以上３０質量％未満、且つＴｉを含有したことを特徴とする溶鋼表面保温材。
（２）溶鋼表面保温材において、ＳｉＯ2含有率を５質量％以下、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3を質量比で１．１〜２．０、ＭｇＯ含有率を１０質量％以上３０質量％未満、且つＴｉとＴｉＯ2を含有したことを特徴とする溶鋼表面保温材。
（３）Ｔｉを０．１〜１０質量％含有していることを特徴とする請求項１記載の溶鋼表面保温材。
（４）Ｔｉを０．１〜１０質量％、ＴｉＯ2を２〜３０質量％含有していることを特徴とする請求項２記載の溶鋼表面保温材。
（５）鋼の連続鋳造方法において請求項１から４の何れかに記載の溶鋼表面保温材をタンディッシュ内の溶鋼表面上に添加することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
（６）鋼の連続鋳造方法において請求項１から４の何れかに記載の溶鋼表面保温材をタンディッシュ内のＴｉ脱酸溶鋼表面上に添加することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の溶鋼表面保温材およびこの保温材を用いた連続鋳造方法によれば、溶鋼の汚染は軽減され、鋳造品質は極めて向上する。また、耐火物の溶損もなく、保温材の排滓性も向上するため、操業面でも有効な連続鋳造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
溶鋼表面を被覆する保温材として満足すべき条件は、溶鋼の保温性を確保した上で、空気酸化と保温材の反応に起因する溶鋼の汚染を確実に防止し、かつ、長時間使用できるようにタンディッシュ耐火物の溶損を防止することである。
【０００９】
発明者らはこれら基本条件を満足すべく保温材の検討を進めた結果、保温材と溶鋼の反応を防止するためには低ＳｉＯ2化が、また空気酸化を抑制するためにはＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3の質量比を適正化した上でＴｉを少量含有させることが、さらに、タンディッシュ耐火物の溶損を防止するためにはＭｇＯを添加することが有効であることを見いだした。
【００１０】
保温材中のＳｉＯ2は［式１］と［式２］により溶鋼中のＡｌやＴｉと反応するため、保温材の低ＳｉＯ2化はＡｌ2Ｏ3系介在物やチタニア系介在物の生成防止の効果を有する。
３ＳｉＯ2＋４Ａｌ＝２Ａｌ2Ｏ3＋３Ｓｉ          ［式１］
ＳｉＯ2＋Ｔｉ＝ＴｉＯ2＋Ｓｉ                  ［式２］
【００１１】
本発明で規定のＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ成分系において保温材中のＳｉＯ2含有率が５質量％以下になると、［式１］と［式２］の反応速度は急速に低下し、実質的に生成するＡｌ2Ｏ3系介在物やチタニア系介在物が減少するため、ＳｉＯ2含有率を５質量％以下にする必要がある。ＳｉＯ2を全く含まなければ、［式１］と［式２］の反応は起こらないので、当然その下限値は０質量％を含む。
【００１２】
また、タンディッシュ内溶鋼の空気酸化を防止するためには、保温材を低融点化し、溶鋼表面を保温材で均一に被覆することにより、溶鋼中への空気の侵入を遮断することが重要である。ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系保温材を低融点化するためには、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3を０．５〜２．０の範囲にする必要があり、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3が０．５未満および２．０超の範囲では保温材の溶融温度が鋼の融点１５３６℃以上となり溶融し難いためである。なお、保温材の溶融温度は、１０ｍｍ直径×１０ｍｍ高さの保温材タブレットを加熱炉中で昇温し、保温材タブレットの高さが１／２になった際の温度とする。さらに、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系保温材中にＴｉを添加すると、部分的に保温材が未溶融状態である領域に侵入してきた酸素をＴｉがＴｉＯ2として固定するため、保温材溶融のばらつきまで考慮した上で確実に空気遮断することが可能となる。タンディッシュへの保温材投入は、手投げて実施されることが殆どであり、タンディッシュ内の場所により保温材厚みは均一でなく、溶融状態も一定ではないため、保温材へのＴｉ添加による酸素固定効果は保温材の空気遮断効果を大きく向上させる。
【００１３】
上記組成のＴｉ含有ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系保温材を用いて連続鋳造すると、ＣａＦ2添加の低融点保温材よりは耐火物溶損は軽減されるが、鋳造時間が長い場合、例えば２５０分を超えるような長時間鋳造時にはタンディッシュ耐火物溶損の問題は解決されないことが判明した。そこで、保温材を低融点化し、且つ鋳造時間が長い場合にもタンディッシュ耐火物を溶損させない成分条件を検討した結果、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3を１．１〜２．０の範囲に縮小し、且つＭｇＯを１０質量％以上３０質量％未満含有させることが有効であることを見いだした。ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3を１．１未満と２．０超の範囲で、ＭｇＯが加わるとＴｉ含有ＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3系保温材の溶融温度が上昇し、タンディッシュ内で溶融しにくくなるため、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3を１．１〜２．０にする必要がある。また、ＭｇＯが１０質量％未満では、２５０分を超える長時間鋳造でタンディッシュ耐火物の溶損が進行するため、またＭｇＯが３０質量％以上ではＴｉ含有ＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3液相中にＭｇＯが析出して保温材が一部凝固するため、ＭｇＯ含有率は１０質量％以上３０質量％未満にする必要がある。したがって、ＳｉＯ2含有率を５質量％以下、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3を質量比で１．１〜２．０、ＭｇＯ含有率を１０質量％以上３０質量％未満、且つＴｉを含有した溶鋼表面保温材とすることにより、空気酸化、保温材と溶鋼との反応およびタンディッシュ耐火物の溶損に起因する溶鋼汚染を確実に防止できる。
【００１４】
保温材中にＴｉを添加すると空気と反応してＴｉＯ2を生成するため、鋳造初期を除いてＴｉ含有ＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3系保温材中にはＴｉＯ2が含有される。ＴｉＯ2は保温材の粘性を低下させ、溶鋼表面上での保温材の広がり性を向上させるため、より均一な保温材被覆状態が得られ易くなる。このため、ＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3を主成分（合計で５０％以上を目安）とするＴｉ含有の保温材中に予めＴｉＯ2を含有させておくと、鋳造初期からＴｉＯ2の低粘性化効果により保温材の被覆性が向上する。
【００１５】
ＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3系保温材へのＴｉの好ましい添加範囲は０．１〜１０質量％である。Ｔｉの含有率が０．１質量％未満では空気中の酸素と反応し難く、反対に１０質量％超では溶鋼中にＴｉが一部溶解し、溶鋼中でのＴｉ濃度上昇やチタニア系介在物生成を引き起こすためである。
【００１６】
また、ＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3を主成分とするＴｉ含有保温材へのＴｉＯ2の好ましい添加範囲は２．０〜３０質量％である。ＴｉＯ2の含有率が２質量％未満ではＴｉ−ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系保温材の粘性が低下し難く、反対に３０質量％超では溶鋼中のＡｌとＴｉＯ2が反応してＡｌ2Ｏ3系介在物を少量ではあるが生成し易いためである。
【００１７】
保温材の基本組成は以上に述べた通りであるが、本発明品の機能を低下させない範囲であれば、ＺｒＯ2等の他の酸化物やＣａＣｌ2等の非酸化物を添加することも可能である。
【００１８】
本発明の保温材はＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、ＴｉＯ2原料、Ｔｉ原料等を本発明で規定の成分となるように配合し、均一に混じるように混錬することにより製造される。
【００１９】
本発明の保温材をタンディッシュ内の溶鋼表面上に添加して鋼の連続鋳造を行うと、空気酸化と、保温材と溶鋼との反応に起因する溶鋼汚染を確実に防止でき、その上でタンディッシュ耐火物の溶損も生じない。また、本発明の保温材は液相で低粘性であるため、熱間でタンディッシュを繰り返し使用する場合にも、保温材の排滓性が非常に向上するといった利点もある。
【００２０】
さらに、本発明の保温材をタンディッシュ内に添加して、予め真空脱ガス装置内でＴｉ脱酸された溶鋼を鋳造すると、保温材中Ｔｉの溶解および、保温材中ＴｉＯ2と溶鋼中Ｔｉとの反応は何れも起こり難いため、本発明の保温材はＴｉ脱酸溶鋼の鋳造に最適な組成となっている。
【実施例】
【００２１】
以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明について説明する。
【００２２】
（実施例１）
３質量％ＳｉＯ2、４２質量％ＣａＯ、３０質量％Ａｌ2Ｏ3、２０質量％ＭｇＯ、５質量％Ｔｉの保温材４００ｋｇを容量６０ｔのタンディッシュに添加し、炭素濃度０．０４質量％の低炭アルミキルド溶鋼を４００分間鋳造した。なお、タンディッシュ内の溶鋼温度は１５５８℃である。鋳造寸法は、厚み２４５ｍｍ×幅１５００ｍｍで、８５００ｍｍ長さに切断して１コイル単位とした。このスラブを常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的に厚み０．７ｍｍ×幅１５００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。
【００２３】
保温材の空気酸化防止効果、溶鋼との反応防止効果および耐火物溶損防止効果は、定常鋳造領域でタンディッシュ入側と出側の溶鋼をサンプリングし、ガス分析を行うことにより測定したタンディッシュ入側と出側の溶鋼中の全酸素濃度の上昇量、及び冷延鋼板の１コイル当たりに発生した表面欠陥の目視観察による発生個数により評価した。
【００２４】
本発明の保温材により空気酸化、保温材による溶鋼酸化およびタンディッシュ耐火物溶損による溶鋼汚染が防止された結果、タンディッシュ入側と出側の全酸素濃度は０．００３７質量％と０．００３０質量％で全酸素濃度の上昇はなかった。また、表面欠陥の発生もなかった。
【００２５】
（実施例２）
２質量％ＳｉＯ2、４０質量％ＣａＯ、２１質量％Ａｌ2Ｏ3、１２質量％ＭｇＯ、２０質量％ＴｉＯ2、５質量％Ｔｉ保温材４００ｋｇを容量６０ｔのタンディッシュに添加し、炭素濃度０．００３質量％の極低炭Ｔｉ脱酸溶鋼を４００分間鋳造した。なお、タンディッシュ内の溶鋼温度は１５６０℃である。鋳造寸法は、厚み２４５ｍｍ×幅１５００ｍｍで、８５００ｍｍ長さに切断して１コイル単位とした。このスラブを常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的に厚み０．７ｍｍ×幅１５００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。
【００２６】
本発明の保温材により空気酸化と保温材による溶鋼汚染が防止され、且つ耐火物の溶損も抑制された結果、タンディッシュ入側と出側の溶鋼中の全酸素濃度は０．００４０質量％と０．００３２質量％で全酸素濃度の上昇はなかった。また、表面欠陥の発生もなかった。
【００２７】
（比較例１）
１００質量％ＭｇＯの保温材４００ｋｇを容量６０ｔのタンディッシュに添加し、炭素濃度０．０４質量％の低炭アルミキルド鋼を４００分間鋳造した。鋳造寸法は、厚み２４５ｍｍ×幅１５００ｍｍで、８５００ｍｍ長さに切断して１コイル単位とした。このスラブを常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的に厚み０．７ｍｍ×幅１５００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。
【００２８】
ＭｇＯ系の従来保温材を使用したため、保温材層を通して酸素が侵入し、溶鋼の再酸化が生じた結果、タンディッシュ入側から出側にかけて溶鋼中の全酸素濃度が０．００３６質量％から０．００６０質量％まで上昇した。また、表面欠陥も平均で６個／コイル発生した。
【００２９】
（比較例２）
２０質量％ＳｉＯ2、８０質量％ＭｇＯの保温材４００ｋｇを容量６０ｔのタンディッシュに添加し、炭素濃度０．００２８質量％の極低炭アルミキルド鋼を４００分間鋳造した。鋳造寸法は、厚み２４５ｍｍ×幅１５００ｍｍで、８５００ｍｍ長さに切断して１コイル単位とした。このスラブを常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的に厚み０．７ｍｍ×幅１５００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。
【００３０】
ＳｉＯ2を含有するＭｇＯ系の従来保温材を使用したため、空気による溶鋼の再酸化と、保温材中ＳｉＯ2と溶鋼との反応により溶鋼汚染が生じた結果、タンディッシュ入側から出側にかけて溶鋼中の全酸素濃度が０．００３質量％から０．００５９質量％まで上昇した。また、表面欠陥も平均で８個／コイル発生した。
【００３１】
（比較例３）
１６質量％ＳｉＯ2、５８質量％ＣａＯ、２６質量％Ａｌ2Ｏ3の保温材４００ｋｇを容量６０ｔのタンディッシュに添加し、炭素濃度０．００２８質量％の極低炭アルミキルド鋼を４００分間鋳造した。鋳造寸法は、厚み２４５ｍｍ×幅１５００ｍｍで、８５００ｍｍ長さに切断して１コイル単位とした。このスラブを常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的に厚み０．７ｍｍ×幅１５００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。
【００３２】
ＳｉＯ2を含有する高ＣａＯ−低Ａｌ2Ｏ3系の保温材を使用したため、空気による溶鋼の再酸化と、保温材中ＳｉＯ2と溶鋼との反応により溶鋼汚染が生じた結果、タンディッシュ入側から出側にかけて溶鋼中の全酸素濃度が０．００３２質量％から０．００６２質量％まで上昇した。また、表面欠陥も平均で８．２個／コイル発生した。